新教材高中化学第三章铁金属材料2_2物质的量在化学方程式计算中的应用课时作业含解析新人教版必修第一册 9页

1 物质的量在化学方程式计算中的应用 时间：45 分钟 一、选择题 1．把足量的铁粉投入到溶解有硫酸和硫酸铜的溶液中，充分反应后，剩余金属粉末的 质量与原加入铁粉的质量相等，则原溶液中 H＋与 SO 2－ 4 的物质的量浓度之比为( A ) A．1 4 B．2 7 C．1 2 D．3 8 解析：设原溶液中 H2SO4 和 CuSO4 物质的量分别为 a 和 b。Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，Fe ＋CuSO4===FeSO4＋Cu。由题意：56(a＋b)＝64b，a b ＝1 7 ，c(H＋) c(SO2－ 4 )＝ 2a a＋b ＝1 4 。 2．取含有 0.02 mol 的硫酸溶液，先投入 0.24 g 镁粉，再滴入 NaOH 溶液，当使溶液中 的镁离子全部转化为沉淀时，需要 NaOH 的物质的量为( C ) A．0.02 mol B．0.03 mol C．0.04 mol D．0.01 mol 解析：取含有 0.02 mol 的硫酸溶液，先投入 0.24 g 镁粉，镁与硫酸反应生成硫酸镁和 氢气，再滴入 NaOH 溶液，生成氢氧化镁和硫酸钠，当使溶液中的镁离子全部转化为沉淀时， 溶液恰好为硫酸钠溶液，根据原子守恒，需要 NaOH 的物质的量为 0.02×2＝0.04 mol，选 C。 3．现有一块铝铁合金，欲测定其铝的质量分数，切下 W g 合金，溶于盐酸中，再加入 过量 NaOH 溶液，滤出沉淀，将沉淀在空气中充分灼烧，最后得到 W g 红棕色粉末。则此合 金中铝的质量分数约为( B ) A．20% B．30% C．70% D．80% 解析：将铝铁合金粉末溶于足量盐酸中，加入过量 NaOH 溶液，沉淀为氢氧化铁，灼烧 后得到的红棕色固体为氧化铁，氧化铁质量等于合金的质量，利用组成可知 Fe2O3 中 O 元素 的质量等于合金中 Al 的质量，则合金中 Al 的质量分数＝氧化铁中氧的质量分数＝ 16×3 160 ×100%＝30%。 4．已 知 Na2O2 可与 H2O(g)、 CO2 发生 反应： 2H2O(g) ＋2Na2O2===4NaOH＋ O2 、 2CO2 ＋ 2Na2O2===2Na2CO3＋O2，现将 1 mol CO2 与水蒸气的混合气体通入盛有足量 Na2O2 的试剂瓶中， 充分反应放出气体后称量固体，则试剂瓶中固体质量可能增加( B ) A．2 g B．20 g C．28 g D．32 g 解析：假设通入气体全部为水蒸气，依据反应可得 2H2O(g)＋2Na2O2===4NaOH＋O2 Δm 2 2 mol 156 g 160 g (160－156) g 1 mol 2 g 同理，假设通入气体全部为 CO2，依据反应 2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2 可得 1 mol CO2 反应时Δm＝28 g，故 1 mol CO2 与水蒸气的混合气体与 Na2O2 充分反应后固体增加的质量介 于 2 g～28 g 之间，故答案为 B。 5．用一定物质的量浓度的 NaOH 溶液使相同体积的 FeSO4 溶液和 Fe2(SO4)3 溶液中的 Fe2 ＋、Fe3＋完全沉淀，若所用的 NaOH 溶液的体积相同，则 FeSO4 溶液和 Fe2(SO4)3 溶液的物质的 量浓度之比为( C ) A．1 1 B．1 3 C．3 1 D．3 2 解析：根据关系式 2NaOH～FeSO4、6NaOH～Fe2(SO4)3，可知与相同物质的量的 NaOH 反应 消耗的 FeSO4 和 Fe2(SO4)3 的物质的量之比为 3 1，在体积相同的情况下，FeSO4 溶液和 Fe2(SO4)3 溶液的物质的量浓度之比为 3 1。 6．分别在两份等体积等物质的量浓度的烧碱溶液和稀硫酸中加入过量的铝粉，充分反 应后，放出 H2 气体(相同状况)的体积之比为( C ) A．3 1 B．1 3 C．3 2 D．1 1 解析：设两份等体积等物质的量浓度的烧碱溶液和稀硫酸中溶质 NaOH、H2SO4 的物质的 量均为 3 mol，则产生 H2 的物质的量分别为 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑ 3 mol 4.5 mol 2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑ 3 mol 3 mol 故充分反应后，相同状况下产生 H2 的体积比＝物质的量之比＝4.5 mol 3 mol＝3 2。 7．50 g 镁、锌、铁的混合物与一定量的 10%的稀硫酸恰好完全反应，将反应后的混合 溶液蒸干后可得不含结晶水的固体 146 g，则反应生成氢气的质量为( B ) A．1 g B．2 g C．3 g D．4 g 解析：不含结晶水的固体是硫酸盐，其中 SO 2－ 4 的质量是 146 g－50 g＝96 g，其物质的 量是 1 mol。氢气的物质的量等于 SO 2－ 4 的物质的量，故生成氢气的质量是 2 g。 8．将等物质的量的金属 Na、Mg、Al 分别与 100 mL 2 mol·L－1 的盐酸反应，实验测得 生成气体的体积 V(已折合为标准状况)与时间 t 的关系如图所示，则 x 值为( B ) 3 A．1.12 B．2.24 C．4.48 D．无法确定 解析：Na 既能与酸反应又能与水反应，钠一定没有剩余；等物质的量的金属 Na、Mg、 Al 完全反应放出氢气的体积比为 1 2 3，根据图象可知 Na、Mg、Al 分别与 100 mL 2 mol·L －1 的盐酸反应放出的氢气一样多，所以 Mg、Al 都有剩余，盐酸完全反应，放出氢气的体积 为 0.1 L×2 mol·L－1×1 2 ×22.4 L·mol－1＝2.24 L。 9．向 500 mL 2 mol·L－1 的 CuSO4 溶液中插入一铁片，反应片刻后取出铁片，洗涤、烘 干，称其质量比原来增加 2.0 g。下列说法错误的是(设反应后溶液的体积不变)( D ) A．参加反应的铁的质量是 14 g B．析出的铜的物质的量是 0.25 mol C．反应后溶液中 c(CuSO4)＝1.5 mol·L－1 D．反应后溶液中 c(FeSO4)＝1.5 mol·L－1 解析：发生反应 Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，根据差量法得 56 g 8 g＝m(Fe) 2.0 g，解 得 m(Fe)＝14 g，A 项正确；由于 1 mol 8 g＝n(Cu) 2.0 g，故 n(Cu)＝0.25 mol，B 项 正确；原溶液中 n(CuSO4)＝0.5 L×2 mol·L－1＝1 mol，反应中消耗 n(CuSO4)＝0.25 mol， 反应后溶液中 c(CuSO4)＝1 mol－0.25 mol 0.5 L ＝1.5 mol·L－1，C 项正确；反应后溶液中 c(FeSO4) ＝0.25 mol 0.5 L ＝0.5 mol·L－1，D 项错误。 10．将 0.2 mol 钠和铝的混合物溶于足量的盐酸中，产生 3 136 mL(标准状况下)氢气， 则钠和铝的物质的量之比为( C ) A．1 3 B．3 1 C．4 1 D．1 4 解析：H2 的物质的量为3 136×10－3 L 22.4 L·mol－1＝0.14 mol。设混合物中钠和铝的物质的量分别 为 x mol、y mol，则： 4 2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑ 2 1 x x 2 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ 2 3 y 3 2 y 则 x＋y＝0.2， x 2 ＋3 2 y＝0.14， 解得 x＝0.16， y＝0.04， 故 Na 和 Al 的物质的量之比为 4 1。 11．将 11.5 g 钠、9 g 铝、28 g 铁分别投入 200 mL 1 mol·L－1 的盐酸中，下列分析 结果正确的是( A ) A．钠与盐酸反应最剧烈，产生的气体最多 B．铝与盐酸反应的速率仅次于钠，但产生的气体最多 C．铁与盐酸反应产生的气体比钠多 D．反应结束时产生的气体一样多 解析：金属越活泼，和酸反应越剧烈，金属活动性强弱顺序是 Na>Al>Fe,2Na＋ 2HCl===2NaCl＋H2↑，11.5 g 金属钠消耗盐酸的物质的量 n(HCl)＝11.5 23 mol＝0.5 mol>0.2 mol，因此金属钠过量，但金属钠能和水反应生成氢气，因此钠反应生成氢气的物质的量为 1 2 × 11.5 g 23 g·mol－1＝0.25 mol，同理，根据 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、Fe＋2HCl===FeCl2＋ H2↑知，铝、铁与盐酸反应时，均是盐酸不足，故二者产生氢气的量相等，产生氢气的物质 的量为0.2 L×1 mol·L－1 2 ＝0.1 mol，故 A 项正确。 12．在 FeCl3 和 CuCl2 的混合液中逐渐加入铁粉，溶液中 Fe2＋的物质的量浓度和加入铁 粉的物质的量之间的关系如图所示。则该溶液中 FeCl3 与 CuCl2 的物质的量浓度之比为 ( C ) 5 A．3 1 B．1 2 C．2 1 D．1 1 解析：根据氧化性：Fe3＋>Cu2＋，加入铁后会依次发生氧化还原反应：①Fe＋2Fe3＋===3Fe2 ＋，②Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋，从题图中可知加入 2 mol Fe 时，发生反应①生成 Fe2＋的物质的 量为 6 mol，反应的 Fe3＋的物质的量为 4 mol，即 FeCl3 为 4 mol；再加入 2 mol 铁发生反应 ②，此时生成 Fe2＋物质的量为 2 mol，原溶液中 Cu2＋的物质的量为 2 mol，即 CuCl2 为 2 mol； 同一溶液中浓度之比等于物质的量之比，所以原溶液中 FeCl3、CuCl2 的浓度之比为 4 mol 2 mol＝2 1。 13．Mg、Al 组成的混合物与足量盐酸反应，产生标准状况下的氢气 4.48 L。下列推断 中不正确的是( A ) A．参加反应的 Mg、Al 共 0.2 mol B．参加反应的 HCl 为 0.4 mol C．Mg、Al 在反应中共失去 0.4 mol 电子 D．若与足量的稀硫酸反应能产生 0.2 mol H2 解析：反应的实质为 Mg＋2H ＋ ===Mg2 ＋ ＋H2↑，2Al＋6H ＋ ===2Al3 ＋ ＋3H2↑，n(H2)＝ 4.48 L 22.4 L·mol－1＝0.2 mol，则参加反应的 n(H＋)＝0.4 mol，即参加反应的 HCl 为 0.4 mol。 若换成稀硫酸，同样产生 0.2 mol H2。依据得失电子守恒，由 2H＋―→H2 得电子总数为 0.2 mol×2＝0.4 mol，故 C 正确。0.2 mol Mg 提供 0.4 mol 电子，0.2 mol Al 则提供 0.6 mol 电子，0.2 mol Mg、Al 的混合物提供的电子数大于 0.4 mol，小于 0.6 mol，A 不正确。 14．用足量的 CO 还原 13.7 g 某铅氧化物，把生成的 CO2 全部通入到过量的澄清石灰水 中，得到的沉淀干燥后质量为 8.0 g，则此铅氧化物的化学式是( C ) A．PbO B．Pb2O4 C．Pb3O4 D．PbO2 解析：设此铅氧化物的化学式为 PbxOy，有： 6 PbxOy～y[O]～yCO～yCO2～yCaCO3 16y 100y m(O)＝1.28 g 8.0 g 所以 m(Pb)＝13.7 g－1.28 g＝12.42 g x y＝m Pb M Pb m O M O ＝ 12.42 g 207 g/mol 1.28 g 16 g/mol ＝3 4。 二、填空题 15．(1)等物质的量的钠、镁、铝分别与足量盐酸反应，产生的氢气在相同条件下的体 积比为 1 2 3。 (2)等质量的钠、镁、铝分别与足量盐酸反应，产生的氢气在相同条件下的体积比为 1 23 1 12 1 9 (或 36 69 92)。 (3)将物质的量均为 0.2 mol 的钠、镁、铝分别投入 100 mL 1 mol·L－1 的盐酸中，三 者产生的氢气在相同条件下的体积比为 2 1 1。 解析：(1)金属完全反应，令金属的物质的量均为 1 mol，根据得失电子守恒，Na 反应 生成氢气的物质的量为1 mol×1 2 ＝0.5 mol，Mg 反应生成氢气的物质的量为1 mol×2 2 ＝1 mol，Al 反应生成氢气的物质的量为1 mol×3 2 ＝1.5 mol，相同条件下，气体体积之比等于 物质的量之比，则等物质的量的 Na、Mg、Al 生成氢气体积之比＝0.5 mol 1 mol 1.5 mol ＝1 2 3。 (2)金属完全反应，令金属的质量均为 1 g，则利用反应关系式： 2Na～H2↑ 46 2 1 g m 列比例式可得：m＝1 g×2 46 ＝ 1 23 g； 同理可得 1 g Mg、Al 反应产生氢气的质量分别为 1 12 g、1 9 g，即质量相同的 Na、Mg、 Al 生成氢气的质量之比＝ 1 23 g 1 12 g 1 9 g＝36 69 92。相同条件下，氢气的体积之比等 于其质量之比。 (3)100 mL 1 mol·L－1 的盐酸中 H＋物质的量为 0.1 L×1 mol·L－1＝0.1 mol，若将 0.2 mol 金属钠、镁、铝分别投入到 100 mL 1 mol·L－1 的盐酸中，可知三种金属都过量，盐酸 不足，但金属钠能与水继续反应生成氢气，所以镁、铝反应生成的氢气一样多，其生成氢气 7 的物质的量为0.1 mol 2 ＝0.05 mol，而钠反应生成的氢气最多，其生成氢气的物质的量为 0.2 mol 2 ＝0.1 mol，故 Na、Mg、Al 生成氢气的体积比为 0.1 mol 0.05 mol 0.05 mol＝2 1 1。 16．铝镁合金已成为飞机制造、化工生产等行业的重要材料。研究性学习小组的同学， 为测定某含镁 3%～5%的铝镁合金(不含其他元素)中镁的质量分数，设计下列实验方案进行 探究。填写下列空白。 [实验方案]将铝镁合金与足量稀硫酸溶液反应，测定生成气体在通常状况(约 20 ℃， 1.01×105 Pa)的体积。 [问题讨论](1)同学们拟选用如图所示实验装置完成实验： ①你认为最简易的装置连接顺序是 A 接(E)(D)接(G)。(填接口字母符号，可不填满) ②实验开始时，先打开分液漏斗上口的玻璃塞，再轻轻打开其活塞，一会儿后稀硫酸也 不能顺利滴入锥形瓶。请你帮助分析原因合金与稀硫酸反应放热且生成气体，使锥形瓶中气 体压强变大。 (2)仔细分析实验装置后，同学们经讨论认为以下两点会引起较大误差：稀硫酸滴入锥 形瓶中，即使不生成氢气，也会将瓶内空气排出，使所测氢气体积偏大；实验结束时，连接 广口瓶和量筒的导管中有少量水存在，使所测氢气体积偏小。于是他们设计了如图所示的实 验装置。(碱式滴定管上的刻度数值上小下大) 8 ①装置中导管 a 的作用是使分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏 斗活塞时稀硫酸能顺利滴下；滴入锥形瓶的稀硫酸的体积等于进入分液漏斗的气体体积，从 而消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差。 ②实验前后碱式滴定管中液面读数分别为 V1 mL、V2 mL。则产生氢气的体积为 V1－V2 mL。 解析：实验中通过测定气体体积来确定样品中各组分的质量分数，所以装置的连接顺序 为 A、E、D、G；稀硫酸不能滴入的原因是产生的氢气使锥形瓶内的压强大于外界大气压所 致；导管 a 的作用是平衡气压，使液体能够顺利滴下，同时消除硫酸的滴入对气体体积的影 响。 17．已知 MnO2 与浓盐酸反应的化学方程式为 MnO2＋4HCl(浓)===== △ MnCl2＋Cl2↑＋2H2O， 回答下列问题： (1)该反应的离子方程式为 MnO2＋4H＋＋2Cl－===== △ Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。 (2)被氧化的 HCl 占 HCl 总量的1 2 。 (3)当标准状况下有 11.2 L 氯气生成时，该反应转移的电子数为 NA(设 NA 为阿伏加德罗 常数的值)。 (4)1.74 g MnO2 与 100 mL 12 mol·L－1 的过量浓盐酸完全反应(假设 HCl 无挥发)，在反 应后的溶液中加入足量的 AgNO3 溶液，可生成 166.46 g 沉淀。 解析：(1)书写该反应的离子方程式时，HCl、MnCl2 要拆写成离子形式，故反应的离子 方程式为 MnO2＋4H＋＋2Cl－===== △ Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。(2)该反应中一半 HCl 作还原剂，一半 HCl 作酸。(3)当标准状况下有 11.2 L 氯气生成时，该反应转移的电子数为 NA。(4)n(MnO2) ＝ 1.74 g 87 g·mol－1＝0.02 mol，n(HCl)＝12 mol·L－1×0.1 L＝1.2 mol。反应中被氧化的 n(HCl) ＝n(MnO2)×2＝0.04 mol，反应后溶液中 n(Cl－)＝1.2 mol－0.04 mol＝1.16 mol，加入足 9 量的 AgNO3 溶液生成 1.16 mol AgCl，m(AgCl)＝1.16 mol×143.5 g·mol－1＝166.46 g。